Η θεωρία του προσομοιωμένου σύμπαντος υποδηλώνει ότι το σύμπαν μας, με όλους τους γαλαξίες, τους πλανήτες και τις μορφές ζωής, είναι μια προσεκτικά προγραμματισμένη προσομοίωση υπολογιστή. Σε αυτό το σενάριο, οι νόμοι της Φυσικής που διέπουν την πραγματικότητά μας είναι απλώς αλγόριθμοι. Οι εμπειρίες που έχουμε δημιουργούνται από τις υπολογιστικές διαδικασίες ενός εξαιρετικά προηγμένου συστήματος.
Αν και εγγενώς θεωρητική, η θεωρία αυτή έχει κερδίσει την προσοχή επιστημόνων και φιλοσόφων λόγω των συναρπαστικών υπαινιγμών της. Η ιδέα έχει αφήσει το στίγμα της στην ποπ κουλτούρα, σε ταινίες, τηλεοπτικές εκπομπές και βιβλία, συμπεριλαμβανομένης της ταινίας του 1999 «The Matrix».
Οι πρώτοι καταγεγραμμένοι ισχυρισμοί ότι η πραγματικότητα είναι μια ψευδαίσθηση προέρχονται από την αρχαία Ελλάδα. Το 427 π.Χ. ο Πλάτωνας και άλλοι διανοούμενοι έθεσαν το ερώτημα «Ποια είναι η φύση της πραγματικότητάς μας;», «γεννώντας» τον ιδεαλισμό.
Οι ιδεαλιστές αρχαίοι στοχαστές, όπως ο Πλάτωνας, θεωρούσαν ότι ο νους και το πνεύμα είναι η μόνιμη πραγματικότητα. Η ύλη, υποστήριζαν, ήταν απλώς μια ένδειξη ή μία ψευδαίσθηση.
Μεταφερόμενοι στη σύγχρονη εποχή, ο ιδεαλισμός έχει μετατραπεί σε μια νέα φιλοσοφία. Αυτή είναι η ιδέα ότι τόσο ο υλικός κόσμος όσο και η συνείδηση είναι μέρος μιας προσομοιωμένης πραγματικότητας. Αυτό είναι απλώς μια σύγχρονη επέκταση του ιδεαλισμού, που οδηγείται από τις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις στην πληροφορική και τις ψηφιακές τεχνολογίες. Και στις δύο περιπτώσεις, η αληθινή φύση της πραγματικότητας υπερβαίνει τη φυσική.
Στην επιστημονική κοινότητα, η ιδέα ενός προσομοιωμένου σύμπαντος έχει προκαλέσει τόσο γοητεία όσο και σκεπτικισμό. Ορισμένοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι εάν η πραγματικότητά μας είναι μια προσομοίωση, τότε μπορεί να υπάρχουν σφάλματα ή μοτίβα μέσα στον ιστό του σύμπαντος που προδίδουν τη προσομοίωση.
Ωστόσο, η αναζήτηση τέτοιων ανωμαλιών παραμένει μια πρόκληση. Η κατανόησή μας για τους νόμους της φυσικής εξακολουθεί να εξελίσσεται. Τελικά, μας λείπει ένα οριστικό πλαίσιο για τη διάκριση μεταξύ προσομοιωμένης και μη προσομοιωμένης πραγματικότητας.
Ένας νέος νόμος της φυσικής
Αν η φυσική μας πραγματικότητα είναι ένα προσομοιωμένο κατασκεύασμα και όχι ένας αντικειμενικός κόσμος που υπάρχει ανεξάρτητα από τον παρατηρητή, τότε πώς θα μπορούσαμε να το αποδείξουμε επιστημονικά; Σε μια μελέτη του 2022, προτάθηκε ένα πιθανό πείραμα, το οποίο όμως παραμένει αδοκίμαστο μέχρι σήμερα.
Ωστόσο, υπάρχει ελπίδα. Η θεωρία της πληροφορίας είναι η μαθηματική μελέτη της ποσοτικοποίησης, της αποθήκευσης και της επικοινωνίας πληροφοριών. Αρχικά αναπτύχθηκε από τον μαθηματικό Claude Shannon, και έχει γίνει όλο και πιο δημοφιλής στη φυσική, ενώ χρησιμοποιείται σε έναν αυξανόμενο αριθμό ερευνητικών τομέων.
Στην πρόσφατη έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο AIP Advances, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη θεωρία της πληροφορίας για να προτείνουν έναν νέο νόμο της φυσικής, τον οποίο ονόμασαν δεύτερο νόμο της δυναμικής της πληροφορίας. Και το σημαντικότερο, φαίνεται να υποστηρίζει τη θεωρία του προσομοιωμένου σύμπαντος.
Στον πυρήνα του δεύτερου νόμου της δυναμικής της πληροφορίας βρίσκεται η έννοια της εντροπίας – ένα μέτρο της αταξίας, η οποία αυξάνεται πάντα με την πάροδο του χρόνου σε ένα απομονωμένο σύστημα. Όταν ένα ζεστό φλιτζάνι καφέ αφεθεί στο τραπέζι, έπειτα από λίγο θα φτάσει σε ισορροπία, έχοντας την ίδια θερμοκρασία με το περιβάλλον. Η εντροπία του συστήματος είναι στο μέγιστο σε αυτό το σημείο και η ενέργειά του είναι στο ελάχιστο.
Ο δεύτερος νόμος της δυναμικής της πληροφορίας αναφέρει ότι η “εντροπία της πληροφορίας” (η μέση ποσότητα πληροφορίας που μεταφέρεται από ένα γεγονός) πρέπει να παραμένει σταθερή ή να μειώνεται με την πάροδο του χρόνου – μέχρι μια ελάχιστη τιμή στην ισορροπία.
Επομένως, βρίσκεται σε πλήρη αντίθεση με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής (ότι η θερμότητα ρέει πάντα αυθόρμητα από τις θερμές στις ψυχρές περιοχές της ύλης ενώ η εντροπία αυξάνεται). Για ένα φλιτζάνι καφέ που κρυώνει, αυτό σημαίνει ότι η εξάπλωση των πιθανοτήτων εντοπισμού ενός μορίου στο υγρό μειώνεται. Αυτό συμβαίνει επειδή η εξάπλωση των διαθέσιμων ενεργειών μειώνεται όταν υπάρχει θερμική ισορροπία. Επομένως, η εντροπία της πληροφορίας μειώνεται πάντα με την πάροδο του χρόνου καθώς η εντροπία αυξάνεται.
Η μελέτη δείχνει ότι ο δεύτερος νόμος της δυναμικής της πληροφορίας φαίνεται να είναι μια κοσμολογική αναγκαιότητα. Είναι καθολικά εφαρμόσιμος με τεράστιες επιστημονικές προεκτάσεις. Γνωρίζουμε ότι το σύμπαν διαστέλλεται χωρίς απώλεια ή κέρδος θερμότητας, πράγμα που απαιτεί η συνολική εντροπία του σύμπαντος να είναι σταθερή. Ωστόσο, γνωρίζουμε επίσης από τη θερμοδυναμική ότι η εντροπία αυξάνεται πάντα. Οι ερευνητές υποστηρίζουν πως αυτό δείχνει ότι πρέπει να υπάρχει μια άλλη εντροπία – η εντροπία της πληροφορίας – για να εξισορροπήσει την αύξηση.
Ο δεύτερος νόμος της δυναμικής της πληροφορίας μπορεί να επιβεβαιώσει πώς συμπεριφέρεται η γενετική πληροφορία. Ωστόσο δείχνει ότι οι γενετικές μεταλλάξεις στο πιο θεμελιώδες επίπεδο δεν είναι απλώς τυχαία γεγονότα, όπως υποδηλώνει η θεωρία του Δαρβίνου. Αντίθετα, οι γενετικές μεταλλάξεις λαμβάνουν χώρα σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της infodynamics, με τέτοιο τρόπο ώστε η εντροπία πληροφορίας του γονιδιώματος να ελαχιστοποιείται πάντα. Ο νόμος μπορεί επίσης να εξηγήσει φαινόμενα στην ατομική φυσική και τη χρονική εξέλιξη των ψηφιακών δεδομένων.
Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι αυτός ο νέος νόμος εξηγεί ένα από τα μεγάλα μυστήρια της φύσης. Γιατί κυριαρχεί η συμμετρία και όχι η ασυμμετρία στο σύμπαν; Η μελέτη αποδεικνύει μαθηματικά ότι οι καταστάσεις υψηλής συμμετρίας είναι η προτιμώμενη επιλογή επειδή τέτοιες καταστάσεις αντιστοιχούν στη χαμηλότερη εντροπία πληροφορίας. Και, όπως υπαγορεύει ο δεύτερος νόμος της δυναμικής της πληροφορίας, αυτό είναι που θα επιδιώξει φυσικά ένα σύστημα.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η ανακάλυψη έχει τεράστιες επιπτώσεις στην έρευνα της γενετικής, τη βιολογία της εξέλιξης, τις γενετικές θεραπείες, τη φυσική, τα μαθηματικά και την κοσμολογία.
Θεωρία προσομοίωσης
Η κύρια συνέπεια του δεύτερου νόμου της δυναμικής της πληροφορίας είναι η ελαχιστοποίηση του περιεχομένου πληροφορίας που σχετίζεται με οποιοδήποτε γεγονός ή διαδικασία στο σύμπαν. Αυτό με τη σειρά του σημαίνει βελτιστοποίηση του περιεχομένου πληροφορίας ή την πιο αποτελεσματική συμπίεση δεδομένων.
Εφόσον ο δεύτερος νόμος της δυναμικής της πληροφορίας είναι μια κοσμολογική αναγκαιότητα και φαίνεται να εφαρμόζεται παντού με τον ίδιο τρόπο, θα μπορούσε να συναχθεί το συμπέρασμα ότι αυτό υποδεικνύει ότι ολόκληρο το σύμπαν φαίνεται να είναι ένα προσομοιωμένο κατασκεύασμα ή ένας γιγαντιαίος υπολογιστής.
Ενα εξαιρετικά σύνθετο σύμπαν όπως το δικό μας, εάν ήταν προσομοίωση, θα απαιτούσε ενσωματωμένη βελτιστοποίηση και συμπίεση δεδομένων προκειμένου να μειωθεί η υπολογιστική ισχύς και οι απαιτήσεις αποθήκευσης δεδομένων για την εκτέλεση της προσομοίωσης. Αυτό ακριβώς παρατηρούμε γύρω μας, συμπεριλαμβανομένων των ψηφιακών δεδομένων, των βιολογικών συστημάτων, των μαθηματικών συμμετριών και ολόκληρουτουσύμπαντος, αναφέρουν οι ερευνητές.
Είναι απαραίτητες περαιτέρω μελέτες προτού μπορέσουν οι ερευνητές να δηλώσουν οριστικά ότι ο δεύτερος νόμος της δυναμικής της πληροφορίας είναι τόσο θεμελιώδης όσο ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής. Το ίδιο ισχύει και για την υπόθεση του προσομοιωμένου σύμπαντος.
